Условие задачи
Очень длинный цилиндр из диэлектрика (относительная диэлектрическая проницаемость ε = 4,0), радиус которого R = 5,0 см, заряжен с объёмной плотностью ρ = ρ0∙r/R, где r – расстояние от оси цилиндра, а ρ0 = 3,0∙10–6 Кл/м3. Найти зависимости электрического смещения, напряжённости и потенциала электрического поля от расстояния от оси цилиндра (принять потенциал равным нулю на оси цилиндра) и построить соответствующие графики.
Вычислить: заряд, приходящийся на единицу длины цилиндра; энергию поля внутри цилиндра, приходящуюся на единицу его длины; потенциал на поверхности цилиндра и на расстоянии r1 = 10 см от его оси. Построить графики зависимостей объёмной плотности свободных и связанных зарядов от расстояния от оси цилиндра.
Ответ
Согласно теореме Гаусса, поток электрического поля через поверхность соосного с данным цилиндра равен:
. Применим данную теорему для соосного с заданным цилиндра данную теорему, поскольку в нашей задаче цилиндрическое симметричное распределение заряда (плотность зависит лишь от r), то принимая rR для соосного цилиндра получим, что E зависит лишь от r.